分会场

燃料电池与储能

摘要

在气体扩散层（GDL）和催化层（CL）之间使用微孔层（MPL），提供过渡孔结构，可有效改善燃料电池的水管理和性能。在研究中，采用随机算法，重建了真实具有代表性的MPL和GDL的二维微观结构。随后，通过实施多相晶格玻尔兹曼方法，结合多弛豫时间（MRT）碰撞算子，研究了PEMFC的GDL/MPL界面及内部液态水输运过程。在模拟中，改变MPL侵入GDL的厚度、MPL的疏水性（改变固体表面的接触角）、裂纹的深度以及数量等参数，探究其对液态水传输行为的影响。结果清楚地表明，在MPL内部，通过合并来自CL的许多传输路径形成液态水团簇，并最终通过几个穿透位点向GDL传输。GDL内部的液态水的量，随着MPL侵入GDL的厚度增加而减少，并且朝向GDL的穿透位点的数量也会减少。在高度疏水性的MPL中，液态水在强毛细管效应下，通过最大的孔隙路径传输，这导致了小的水饱和水平。然而，在疏水性较低的MPL中，液态水的量较高。因此，增加MPL侵入厚度以及疏水性，可有效改善水管理。在MPL中插入裂缝，液态水首先在裂缝中积聚，裂缝深度增加，加速了液态水突破GDL/MPL界面，减少液态水的积聚，有利于反应气体的进入。但随着裂缝数量的增加，GDL/MPL界面处的局部饱和度也会增加，这对于电池性能是不利的。

关键词

气体扩散层;微孔层;格子玻尔兹曼方法;微观结构;液态水输运

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